1 引言

在我國(guó)陶瓷行業(yè)，球磨機(jī)被大量使用。球磨機(jī)一般功率都較大，工作效率又很低，耗電量大，成為陶瓷類行業(yè)最大的耗電設(shè)備之一，因此降低球磨機(jī)的能耗是上述行業(yè)降低成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑。

球磨機(jī)一般采用簡(jiǎn)單的工頻控制，易造成物料的過(guò)度研磨，所需研磨周期較長(zhǎng)，研磨效率較低，單位產(chǎn)品功耗較大，啟動(dòng)電流大，對(duì)設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊很大，機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)維護(hù)量也大。直接工頻控制球磨機(jī)的弊病嚴(yán)重地阻礙了相關(guān)工業(yè)企業(yè)快速發(fā)展。

隨著變頻技術(shù)的快速發(fā)展及在水泥、陶瓷、冶金企業(yè)的大量應(yīng)用，變頻器控制球磨機(jī)也成為可能。

2 球磨機(jī)介紹

2.1 球磨機(jī)簡(jiǎn)介

球磨機(jī)是物料被破碎之后，再進(jìn)行粉碎的關(guān)鍵設(shè)備，是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的高細(xì)磨機(jī)械之一，如管式球磨機(jī)，棒式球磨機(jī)，水泥球磨機(jī)，超細(xì)層壓磨機(jī)，手球磨機(jī)，臥式球磨機(jī)，球磨機(jī)軸瓦，節(jié)能球磨機(jī)，陶瓷球磨機(jī)等。球磨機(jī)可分為干式和濕式兩種磨礦方式。根據(jù)排礦方式不同，可分格子型和溢流型兩種。根據(jù)筒體形狀可分為短筒球磨機(jī)、長(zhǎng)筒球磨機(jī)、管磨機(jī)和圓錐型磨機(jī)四種。

球磨機(jī)適用于粉磨各種礦石及其它物料，被廣泛用于選礦，建材及化工等行業(yè)。

2.2 球磨機(jī)工作原理

陶瓷工業(yè)球磨機(jī)主要由傳動(dòng)裝置、筒體裝置、加料裝置、卸料裝置及電氣控制裝置等組成，分給料部、出料部、回轉(zhuǎn)部、傳動(dòng)部（減速機(jī)、小傳動(dòng)齒輪、電機(jī)、電控）等主要部分。

主體是一個(gè)水平裝在兩個(gè)大型軸承上的低速回轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)體。筒體內(nèi)部裝有適當(dāng)?shù)哪サV介質(zhì)。磨礦介質(zhì)在離心力和摩擦力的作用下，被提升到一定的高度，呈拋落或泄落狀態(tài)落下，并產(chǎn)生一定的軸向運(yùn)動(dòng)促使物料研磨和混合均勻。被磨制的物料由給料口連續(xù)地進(jìn)入簡(jiǎn)體內(nèi)部，被運(yùn)動(dòng)的磨礦介質(zhì)所粉碎，并通過(guò)溢流和連續(xù)給料的力量將產(chǎn)品排出機(jī)外，以進(jìn)行下一段工序處理。

驅(qū)動(dòng)部分是球磨機(jī)的關(guān)鍵：球磨機(jī)屬于低速重載設(shè)備，裝載量大，起動(dòng)力矩也很大，一般需要加裝液力耦合器來(lái)完成傳動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)和調(diào)速。陶瓷工業(yè)球磨機(jī)通常采用附加啟動(dòng)電機(jī)沖擊啟動(dòng)或軟啟動(dòng)裝置來(lái)啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)沖擊大，而且啟動(dòng)完成后運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩減小，所以在節(jié)約能源方面有很大的空間。

2.3 球磨機(jī)生產(chǎn)工藝

球磨機(jī)一般以固定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，筒體的轉(zhuǎn)速是由皮帶輪或齒輪減速機(jī)構(gòu)（也有用液力耦合器）決定的。球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速直接影響到鋼球和物料的運(yùn)動(dòng)狀況及物料的研磨過(guò)程，在不同的轉(zhuǎn)速下，筒體內(nèi)的鋼球和物料的運(yùn)動(dòng)狀況也不同，具體如下圖所示。

1．當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，鋼球和物料隨筒體內(nèi)壁上升，當(dāng)鋼球和物料的傾角等于或大于自然傾角時(shí)，沿斜面滑下，不能形成足夠的落差，鋼球?qū)ξ锪系难心プ饔煤苄。蚰C(jī)的效率很低。

2．如果筒體的轉(zhuǎn)速很高，由于離心力的作用，以致使物料和鋼球不再脫離筒壁，而隨其一同旋轉(zhuǎn)，這時(shí)鋼球?qū)ξ锪弦褵o(wú)撞擊作用，研磨效率則更低。這種狀態(tài)的最低轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。

3．當(dāng)筒體的轉(zhuǎn)速處于上述二者之間的某一轉(zhuǎn)速時(shí)，鋼球被帶到一定的高度后沿拋物線落下，對(duì)筒底物料的撞擊作用最大，研磨效率最高，此時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為最佳工作轉(zhuǎn)速。

2.4 球磨機(jī)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

1．球磨機(jī)一般采用簡(jiǎn)單的工頻控制，易造成物料的過(guò)渡研磨，所需研磨周期較長(zhǎng)，研磨效率較低，單位產(chǎn)品功耗較大。

2．一般采用延時(shí)繼電器控制，星三角降壓?jiǎn)?dòng)控制，降低啟動(dòng)沖擊電流。開(kāi)機(jī)后一直運(yùn)行在工頻50Hz運(yùn)行，造成研磨后期能源浪費(fèi)。球磨機(jī)一般采用星三角或自耦降壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)電流特別大，對(duì)設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊很大。

3．機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)維護(hù)量也大，而且耗電量相當(dāng)驚人，這必然會(huì)給生產(chǎn)廠家?guī)?lái)很多不必要的麻煩和嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。

所以隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，直接工控球磨機(jī)的弊病已暴露無(wú)遺，并嚴(yán)重地阻礙了各工業(yè)企業(yè)快速發(fā)展。這就促使人們?nèi)パ兄茊?dòng)平滑、研磨效率較高、產(chǎn)量大、能耗低的球磨機(jī)——變頻控制球磨機(jī)。

3 球磨機(jī)變頻改造

3.1 改造方案

    球磨機(jī)對(duì)變頻器要求較高,具體如下:

1．球磨機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中負(fù)荷波動(dòng)大，要求變頻器過(guò)流、過(guò)載、限流功能強(qiáng)。

2．球磨機(jī)啟動(dòng)時(shí)負(fù)荷非常重，要求點(diǎn)動(dòng)即可將球磨機(jī)運(yùn)行到任何位置，這樣要求變頻器低頻轉(zhuǎn)矩大，一定要用到矢量型變頻器。

3．節(jié)能效果一定要和球磨工藝過(guò)程相結(jié)合，否則達(dá)不到節(jié)電效果； 因此如何選擇一種性能良好的變頻器，采用可靠、適用的控制方案來(lái)進(jìn)行球磨機(jī)的節(jié)能改造，對(duì)于減少能源浪費(fèi)具有重要意義。

4．改造后的設(shè)備要有足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)距，滿足還球磨機(jī)裝載量大的要求，并且保證設(shè)備在變頻運(yùn)行狀態(tài)下使電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，保障電動(dòng)機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩特性。

5．利用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)改造原有球磨機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，滿足球磨機(jī)低速時(shí)的正常運(yùn)行，確保正常的工藝控制，使球磨機(jī)及電動(dòng)機(jī)的使用壽命延長(zhǎng)，減少維護(hù)。

根據(jù)以上要求，海浦蒙特研發(fā)的HD30矢量控制變頻器完全滿足需求，內(nèi)置PLC及多段速功能，低頻轉(zhuǎn)矩大并可自由設(shè)置低頻轉(zhuǎn)矩提升，過(guò)載能力強(qiáng)，參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單，可維護(hù)性強(qiáng)。

3.2 改造后的優(yōu)點(diǎn)

利用變頻調(diào)速技術(shù)改造后的球磨機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，滿足了球磨機(jī)低速運(yùn)行、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了球磨機(jī)的運(yùn)行速度連續(xù)可調(diào)，電機(jī)起動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊電流，保護(hù)功能完善，保證了工藝控制質(zhì)量，節(jié)約了維護(hù)成本，取得了以下效果：

◆軟啟動(dòng)：球磨機(jī)使用變頻調(diào)速后，起動(dòng)電流可比原先小3-5倍，實(shí)現(xiàn)了真正的軟起動(dòng)，也收到了節(jié)能的效果。由于起動(dòng)電流大大減小，不會(huì)造成對(duì)電網(wǎng)的沖擊和電網(wǎng)電壓的下降，消除了因球磨機(jī)起動(dòng)而引起的其它用電設(shè)備跳閘或故障，在同樣的電網(wǎng)容量下，并可增加裝機(jī)臺(tái)數(shù)；

◆PLC控制模式：采用變頻控制系統(tǒng)，無(wú)需機(jī)械調(diào)速機(jī)構(gòu)即可以按照其內(nèi)部PLC確定的運(yùn)行頻率和時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)的轉(zhuǎn)速變換，自動(dòng)按設(shè)定的多段PLC運(yùn)行，并具有停機(jī)記憶功能及清除記憶功能

◆ 降低噪聲：進(jìn)入后期研磨階段后，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度減慢，球磨機(jī)發(fā)出的噪聲比工頻全速運(yùn)行時(shí)的噪聲大大減少，改善了操作工的工作環(huán)境，有利于環(huán)保與保護(hù)員工健康。

◆延長(zhǎng)壽命：利用變頻器自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)功能，可在與負(fù)載無(wú)關(guān)的條件下，保持電機(jī)效率最高，因消除了起動(dòng)時(shí)的沖擊，所以延長(zhǎng)了機(jī)軸、齒輪、皮帶等機(jī)械件的使用壽命，減少了維修費(fèi)用。

◆動(dòng)態(tài)節(jié)能功能：球磨機(jī)經(jīng)變頻改造后的節(jié)能效果一般可達(dá)10－20%左右。

◆保護(hù)功能完善：保證了工藝控制質(zhì)量、節(jié)約了維護(hù)成本、有效避免機(jī)械損壞。

4 調(diào)試注意事項(xiàng)

1）由于球磨機(jī)屬于重負(fù)載設(shè)備，需采用電流矢量控制，該控制方式對(duì)電機(jī)參數(shù)依賴性較強(qiáng)。因此，起動(dòng)前，需先按電機(jī)銘牌參數(shù)設(shè)置好電機(jī)參數(shù)，并在電機(jī)脫離負(fù)載情況下旋轉(zhuǎn)自整定，以獲取正確的電機(jī)參數(shù)；

2）滿載起動(dòng)或點(diǎn)動(dòng)，調(diào)整變頻器參數(shù)（一般設(shè)置起動(dòng)方式、轉(zhuǎn)矩提升、限流等參數(shù)即可），不出現(xiàn)過(guò)流或過(guò)壓失速現(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，變頻器用于陶瓷行業(yè)球磨機(jī)的節(jié)能效果十分明顯，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著用戶對(duì)變頻器的使用經(jīng)驗(yàn)和接受程度的提高，變頻器在陶瓷行業(yè)有著更加廣闊的應(yīng)用前景。